Max-Planck-Forschungsgruppe Huppertz

Forschung

RNA-bindende Proteine (RBPs) sind eine vielseitige Gruppe von Proteinen, die kurz- und langfristige metabolische Anpassungen erleichtern können. Ein Beispiel für ein typisches RBP, das sich auf den Stoffwechsel der Zelle auswirkt, ist YBX3. Durch Bindung an die 3'-untranslatierte Region stabilisiert YBX3 das Transkript des Aminosäuretransporters SLC7A5 und verändert dadurch indirekt die Verfügbarkeit großer, neutraler Aminosäuren in der Zelle (Cooke et al., 2019). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass viele wesentliche Stoffwechselenzyme in verschiedenen Zelltypen und Organismen RNA binden. Man kann sich zwei vereinfachte Arten von RNA-Enzym-Interaktionen vorstellen. Einerseits könnten Stoffwechselenzyme als RBPs fungieren und das Schicksal ihrer Ziel-RNAs regulieren. Andererseits könnte die RNA diese Enzyme regulieren, ein Prozess, den wir kürzlich für das glykolytische Enzym Enolase beschrieben haben (Huppertz et al., 2022; Abbildung 1). Diese sehr große Klasse von untypischen RBPs könnte eine neue Ebene der Stoffwechselregulierung bilden.

Unser Ziel ist die Entwicklung eines kombinatorischen Werkzeugs für die Klassifizierung alternder NSCs unter Verwendung genetisch kodierter, FRET-basierter Sensoren für Schlüsselmetabolite. Die leistungsstarke RNA-Interaktom-Erfassungsmethode (Perez-Perri et al., 2018) wird die globale Identifizierung von Proteinen ermöglichen, die in Zellen mit verschiedenen Stoffwechselprofilen unterschiedlich mit RNA assoziiert sind. Proteine mit strark verändertem RNA-Bindungspotenzial werden, wenn möglich, mit CRISPR/Cas9 ausgeschaltet und die Zellen werden einer transkriptomischen und metabolischen Untersuchung unterzogen. Die Ergebnisse dieser eingehenden zellulären Charakterisierung werden mit CLIP-Datensätzen von RBP-Kandidaten integriert, um ihre Rolle bei der Erstellung des Stoffwechselprofils alternder NSCs zu verstehen.

Der Stoffwechsel wirkt sich auf die Acetylierung und Methylierung von Histonen aus und verändert wiederum die RNA-Expressionslandschaft alternder NSC. Daher ist es wichtig, den Stoffwechselzustand und die globalen RNA-Expressionsprofile auf Einzelzellebene zu verknüpfen. Die Einzelzell-Sequenzierung des Transkriptoms wird bei den FRET-Sensor-exprimierenden Zellen eingesetzt, um die RNA-Expressionsniveaus zu charakterisieren und sie direkt mit dem Stoffwechselzustand der Zelle zu verknüpfen. Dies ermöglicht die zeitliche Verfolgung von NSCs bei gleichzeitiger Untersuchung der Stoffwechselgradienten. Dadurch können möglicherweise heterogen exprimierte Marker aufgedeckt werden, die für die Vorbereitung von Zellen auf ein bestimmtes altersbedingtes Schicksal relevant sind.

Die Arbeit an Enolase 1, einem untypischen RBP, hat eine neue Welt der Stoffwechselregulation aufgedeckt, die universell sein könnte. Daher werden wir einen Teil unserer Forschung der Untersuchung von untypischen RBPs wie den mitochondrialen Enzymen des Tricarbonsäurezyklus widmen. Außerdem wollen wir untersuchen, welche Rolle die RNA-Bindung bei der Koordinierung von Stoffwechselveränderungen im Rahmen des Alterungsprozesses spielen könnte.